Дано:
- Длина палочки L = 0,5 см = 0,005 м.
- Заряд первого шарика q1 = +10 нКл = 10 * 10^(-9) Кл.
- Заряд второго шарика q2 = -10 нКл = -10 * 10^(-9) Кл.
- Расстояние между пластинами d = 10 см = 0,1 м.
- Максимальная сила растяжения F_max = 0,01 Н.
Найти: минимальную разность потенциалов U между пластинами, при которой палочка разорвется.
Решение:
Сначала найдем силу, действующую на заряды, в электрическом поле E, создаваемом между пластинами. Сила на заряд определяется как:
F_e = q * E.
Так как у нас два заряда с равными значениями, но противоположного знака, то на палочку будут действовать силы, направленные в разные стороны. Полная сила, действующая на палочку, будет равна сумме сил на оба заряда:
F_total = F_e1 + F_e2 = |F_e1| + |F_e2| = |q1 * E| + |q2 * E| = (|q1| + |q2|) * E
= (10 * 10^(-9) + 10 * 10^(-9)) * E
= 20 * 10^(-9) * E.
Для того чтобы палочка разорвалась, эта сила должна быть равна максимальной силе растяжения:
F_total = F_max.
Теперь подставим это в уравнение:
20 * 10^(-9) * E = 0,01.
Выразим напряженность электрического поля E:
E = 0,01 / (20 * 10^(-9))
= 0,01 / 20 * 10^(-9)
= 0,5 * 10^6 В/м
= 500000 В/м.
Теперь найдем разность потенциалов U между пластинами. Напряженность электрического поля и разность потенциалов связаны следующим образом:
E = U / d.
Отсюда выражаем U:
U = E * d
= 500000 * 0,1
= 50000 В
= 50 кВ.
Ответ:
Минимальная разность потенциалов между пластинами, при которой палочка разорвется, составляет 50 кВ.